无论是现代战争,还是在人类的日常生产中,炸药、天然气、煤气等易燃易爆物的使用日趋广泛,导致爆炸伤发生的概率也明显增大。因爆炸的致伤范围较大,常导致人体多器官、多部位的多发性联合损伤。颌面部处于人体较暴露位置,受到爆炸冲击波损伤机率比较大。据统计虽然头颈面部面积不足全身面积的10%,但此部位爆炸伤的发生率高于40%。从解剖结构上分析,颌面部与颅底位置关系紧密,当颌面部遭受爆炸冲击波的冲击时,颅底部组织常会受到继发性损伤。如何充分了解伴颅脑损伤的颌面部爆炸伤(Maxillofacial Blast Injury,MBI)的损伤机制、临床表现和治疗原则,已成为颌面外科医生急需解决的难题。有限元法(The Finite Element Method,FEM)是一种现代工程分析中基于计算机运算的数值计算方法,是生物力学研究中的重要方法之一。这种方法是对结构的另一种表现形式,它是将一种复杂结构的几何形状通过数学方法作一系列的细分,将复杂结构简化为数量有限的、具有简单几何图形、具有相同性质的单元,然后用数学方法描述所有的有限单元,并通过数学方程计算得到相应的结果。有限元法的成功应用依赖于计算机的处理能力的提升。最近几十年,随着计算机科技的迅猛发展及各种有限元软件的开发使用,有限元法已经应用于现代工程分析的各个邻域,用于工程上复杂结构力学问题的求解计算。本课题组前期已经通过有限元法仿真模拟多种类别颌面部损伤,并利用动物实验、3D打印、大临床样本分析等方法对所建立模型的高仿真性进行了验证。有限元法研究颌面部爆炸伤的可操控性、可重复性、对实验标准的控制、安全性都比动物实验要有保证,且相关研究相对较少。本实验通过有限元法的建模功能,建立人颌面部爆炸伤三维有限元模型,并使用有限元软件分析致伤过程中颅底部各个标志点的应力分布及传导情况。为研究相同爆炸条件下,颌面部不同部位爆炸伤造成颅底继发损伤的损伤机制提供理论依据。方法:1.招募一名符合条件的志愿者,通过计算机断层扫描(Computed tomography,CT)获取志愿者的颌面部各组织断层医学数字图像和通讯格式DICOM数据。通过Mimics、Geomagic Studio、Hyper Mesh对数据进行处理,建立人颅颌面骨三维有限元模型。2.用LS-DYNA软件对模型进行求解运算,得到结果文件。用Hyper View、LS-Pre Post等有限元后期处理软件对得到的结果文件进行分析。结果:1.成功建立了颌面部骨三维有限元模型。模型具有与研究对象颌面部相同几何形态,具有颌面部骨组织相似的生物力学特征,仿真性高。此模型总共包含:节点510560个,单元857848个。2.成功模拟颌面部爆炸伤仿真模型,对应力、应变进行可视化后处理,检查分析结果准确性,检测各项输出指标满足预期的生物力学要求。3.成功模拟出颌面部三个部位受到相同条件冲击波作用时,颌面骨骨折的动态过程、颅底部应力分布及传导情况。结论:1.当颌面部不同部位受到爆炸冲击波时,应力集中区出现的部位不仅与颅底结构有关,也与应力传导途径有关。2.利用FEM可以有效地模拟颌面部爆炸伤的致伤过程,为研究颌面部爆炸伤造成颅底继发损伤的损伤机制提供了重要研究方法。3.本研究所建立的爆炸伤模型仅考虑爆炸冲击波的致伤作用,并未考虑其他致伤因素,所以对爆炸伤的模拟还有很大欠缺,需要在日后的研究中继续完善和改进。